JP2002323663A

JP2002323663A - クロスコネクト光スイッチ

Info

Publication number: JP2002323663A
Application number: JP2001128154A
Authority: JP
Inventors: Masanari Mihashi; 眞成三橋
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2001-04-25
Filing date: 2001-04-25
Publication date: 2002-11-08
Also published as: US6862381B2; US20020159680A1

Abstract

(57)【要約】【課題】光入力路と光出力路がそれぞれ数百個のレベ
ルに対応できるクロスコネクト光スイッチを提供する。【解決手段】第１方向に配列された複数の光ファイバ
と、第２方向に配列された複数の光ファイバとの間の方
向変換領域３０内において、基台１４に複数の光反射ミ
ラー１５をアレイ状に固定する。各光反射ミラー１５
は、第１方向と第２向とのなす角の二等分線に対して直
交する反射面を有し、且つその反射面に沿って待機位置
と動作位置の間で変位可能とする。その変位は、上基板
１７に固定した複数の電磁石１９と、光反射ミラー１５
に固定した磁性体２０を用いて実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光路の切替えに使
用するクロスコネクト光スイッチに関し、さらに言え
ば、光入力路と光出力路がそれぞれ数百個というレベル
の大規模化が可能なクロスコネクト光スイッチに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば、波長分割多重（Wave-Division
Multiplexing、ＷＤＭ）方式を用いる光通信システムで
は、波長の違いを利用して分離した多数の信号光を、必
要に応じて異なる経路に切り替えて送出する装置が必要
である。このために使用されるのが、「クロスコネクト
（cross-connect）光スイッチ」である。

【０００３】最近、通信容量の増加の要請が高まってお
り、その要請に応えるためにクロスコネクト光スイッチ
にも大規模化が求められている。すなわち、一つのスイ
ッチでできるだけ多くの光入力路をできるだけ多くの光
出力路に切替えて出力できることが要求されている。

【０００４】ところで、クロスコネクト光スイッチに
は、従来より種々の構成のものが存在しているが、その
うちの一つとして、複数の光ファイバの接続を機械的に
切り替えて行うものがある。この型のクロスコネクト光
スイッチの従来例が特開平６−２０８０６５号公報に開
示されている。この公報に開示された「光スイッチ」
は、光ファイバを機械的に移動させて一つの光入力路を
二つの光出力路のいずれか一方に切り替えて出力する１
×２（換言すれば、１光入力路×２光出力路）のメカニ
カル光スイッチを多段接続したものである。こうして、
Ｍ×Ｎの光スイッチを実現するものである。

【０００５】特開平６−２０８０６５号公報の光スイッ
チによれば、光入力路と光出力路がそれぞれ数十個のレ
ベルの光スイッチは実現可能であるが、光入力路と光出
力路がそれぞれ数百個のレベルには対応できない。それ
は、各メカニカル光スイッチの制御用配線の数がそのメ
カニカル光スイッチの数の二乗で増加するため、光入力
路と光出力路がそれぞれ数百個のレベルでは制御用配線
の数が膨大となる。その結果、当該光スイッチのサイズ
が過大になり、また価格も非現実的なほど高くなってし
まうからである。

【０００６】「クロスコネクト光スイッチ」には、「光
反射ミラー」を用いて信号光経路を切り替える構成のも
のも知られている。この構成の光スイッチでは、入力信
号光を光ファイバや光導波路からいったん大気中に出射
させ、大気中に配置した光反射ミラーで反射させてから
他の光ファイバや光導波路に再入射させて出力すること
により、信号光経路の切替えを行う。したがって、上述
したメカニカル光スイッチを用いたものが持つ大サイ
ズ、高価格という欠点は解消でき、光入力路と光出力路
がそれぞれ数百個のレベルの大規模化を実現できる可能
性が高い。しかし、現状ではそれは未だ実現できていな
い。

【０００７】「光反射ミラー」を用いるクロスコネクト
光スイッチでは、信号光経路の切替えのための「光反射
ミラー」の駆動は、静電的、圧電的あるいは電磁気的に
行われるのが通常である。

【０００８】特開平１１−２２３７７８号公報には、シ
リコン基板中に形成した複数の光導波路を、同じシリコ
ン基板中に形成した光信号乗せ換え空間部に設けた光反
射ミラーで切り替える「クロスコネクト光スイッチ」が
開示されている。この光スイッチでは、電磁石による磁
気力を用いて光反射ミラーを光信号乗せ換え空間部で変
位させることにより、光導波路の途中にその光反射ミラ
ーを挿入・離脱させ、もって信号光経路の切替えを行
う。つまり、光反射ミラーを光導波路の途中に挿入する
と、ある光導波路を通過する信号光は反射されて異なる
光導波路に送られる。光反射ミラーを光導波路の途中か
ら離脱すると、その光導波路を通過する信号光は反射さ
れずに同じ光導波路をそのまま進むのである。

【０００９】光導波路の切替え時には、所定の電流パル
スを電磁石に供給して磁界を発生させ、それによって得
た磁気力によって光反射ミラーを移動させる。光反射ミ
ラーの移動を円滑に行うために、シリコン基板中にはミ
ラーガイド部が設けられている。

【００１０】特開平１１−２２３７７８号公報に開示さ
れた光スイッチでは、切替え時に電流パルスを電磁石に
供給すれば、強磁性体が磁化するので、切替え後に電流
供給を停止しても、強磁性体によって磁界が保持され
る。その結果、信号光経路の切り替えた状態はそのまま
保持される。こうして、光スイッチによる消費電力を少
なくしている。

【００１１】また、特開平２０００−１６２５２０号公
報には、支持体を介して基板上に光反射ミラーを変位可
能に取り付ける一方、その近傍に少なくとも一つの電磁
石（マグネット）を設けた「クロスコネクト光スイッ
チ」が開示されている。それらの電磁石は、ホルダー上
に配置される。光反射ミラーには、電磁石が発生する磁
界によって磁化する磁気要素（磁化可能要素）が取り付
けてある。その電磁石に電流を供給して磁界を発生させ
ると、それに応じて光反射ミラーの磁気要素が磁化し、
その結果、電磁石と光反射ミラーとの間に吸引力が作用
する。この吸引力により、光反射ミラーは、支持体によ
って基板上に支持された状態のままで二次元または三次
元の変位を起こす。切替え時には、所定の電流パルスを
所望の電磁石に供給して磁界を発生させ、それによって
得た磁気吸引力によって光反射ミラーを所望の方向に所
定距離だけ変位させる。

【００１２】特開平２０００−１６２５２０号公報のク
ロスコネクト光スイッチにおいても、特開平１１−２２
３７７８号公報に開示された光スイッチと同様に、切替
え時に電流パルスを電磁石に供給すれば磁気要素が磁化
するので、信号光経路の状態はそのまま保持される。こ
うして、光スイッチによる消費電力を少なくしている。

【００１３】特開平２０００−１６２５２０号公報に
は、大規模なクロスコネクト光スイッチの例として、支
持体を介して変位可能に基板上に取り付けられた光反射
ミラーのアレイと、ホルダー上に各ミラーに対して少な
くとも一つの電磁石が取り付けられた電磁石のアレイを
備えた構成が開示されている。この構成によれば、対応
する電磁石を駆動して所望の光反射ミラーを変位させる
ことにより、光入力路のアレイから入射した複数の信号
光を反射してその方向を変え、光入力路のアレイとは異
なる方向に延在する光出力路のアレイに送ることが可能
となる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、信号
光経路の切替えのための光反射ミラーを用いる光スイッ
チでは、大規模化を実現できる可能性が高い。しかし、
特開平１１−２２３７７８号公報に開示された光スイッ
チでは、シリコン基板中の光信号乗せ換え空間部に移動
可能に嵌装した光反射ミラーを、ミラーガイド部に沿っ
て一方向（たとえば上下方向）に変位させ、それによっ
て複数の光導波路の途中にその光反射ミラーを挿入・離
脱させて信号光経路の切替えを行う。したがって、光反
射ミラーの変位を安定化するミラーガイド部が必要であ
る、そのミラーガイド部を複数の導波路の交差部に形成
する必要がある、等の難点がある。よって、光入力路と
光出力路がそれぞれ数百個のレベルの光スイッチを実現
しようとすると、構成があまりに複雑になる。したがっ
て、この光スイッチを利用して実現することは極めて困
難である。

【００１５】また、特開平２０００−１６２５２０号公
報のクロスコネクト光スイッチでは、支持体によって片
持ち梁のようにして基板上に取り付けられた光反射ミラ
ーのアレイを、各ミラーに対応してホルダー上に配置さ
れた少なくとも一つの電磁石のアレイで変位させること
により、信号光経路の切替えを行う。したがって、光反
射ミラーを三次元で変位させることができるという利点
はあるが、そのために却って、光反射ミラーの姿勢の制
御を極めて精密に行う必要がある、光反射ミラーの姿勢
の保持に工夫をしないと光反射ミラーの姿勢が不安定に
なる、といった難点がある。

【００１６】さらに、各ミラーに対応して二つ以上の電
磁石を使用するように構成すると、電磁石の制御用配線
の数が２倍となる。その結果、上述した特開平６−２０
８０６５号公報のメカニカル光スイッチを用いた「光ス
イッチ」と同様の問題が生じることになる。

【００１７】信号光経路の切替えのための「光反射ミラ
ー」の駆動を静電的に行うクロスコネクト光スイッチで
は、電荷上昇や電荷漏れが生じる恐れがあるばかりでな
く、周囲の環境に影響されやすく動作の安定性に欠ける
という問題がある。

【００１８】そこで、本発明の目的は、光入力路と光出
力路がそれぞれ数百個のレベルに対応できるクロスコネ
クト光スイッチを提供することにある。

【００１９】本発明の他の目的は、構成が簡単であると
共に、動作が正確且つ安定であるクロスコネクト光スイ
ッチを提供することにある。

【００２０】本発明のさらに他の目的は、周囲の環境に
影響され難く、環境に対する動作の安定性が高いクロス
コネクト光スイッチを提供することにある。

【００２１】本発明の上記以外の目的は、以下の説明か
ら明らかになる。

【００２２】

【課題を解決するための手段】（１）本発明のクロス
コネクト光スイッチは、第１方向に沿って配列された複
数の光入力路からなる光入力路アレイと、前記第１方向
とは異なる第２方向に沿って配列された複数の光出力路
からなる光出力路アレイと、前記光入力路アレイの出力
端と前記光出力路アレイの入力端との間に形成された切
替領域と、前記切替領域内に配置された複数の光反射ミ
ラーからなる光反射ミラー・アレイと、前記光反射ミラ
ー・アレイを電磁気的に駆動するミラー駆動手段とを備
えたクロスコネクト光スイッチにおいて、前記光反射ミ
ラー・アレイを構成する前記光反射ミラーの各々は、前
記第１方向と前記第２方向とのなす角の二等分線に対し
て直交する反射面を有していると共に、その反射面に沿
って待機位置と動作位置の間で変位可能に支持されてお
り、前記光入力路アレイから出射された光ビームは、前
記動作位置では対応する前記光反射ミラーにより反射さ
れて前記光出力路アレイに送られ、前記待機位置では対
応する前記光反射ミラーの近傍を通過することを特徴と
する。

【００２３】（２）本発明のクロスコネクト光スイッ
チでは、前記光反射ミラー・アレイを構成する複数の前
記光反射ミラーの各々が、前記光入力路アレイの第１方
向と前記光出力路アレイの第２方向とのなす角の二等分
線に対して直交する反射面を有している。また、それら
光反射ミラーは、それらの反射面に沿って前記待機位置
と動作位置の間で変位可能である。このため、前記光反
射ミラーの反射面の角度は常に一定に保持され、その角
度を保ちながら前記待機位置と前記動作位置との間で前
記光反射ミラーを変位させるだけで、必要時に前記動作
位置に置くことにより、対応する光入力路から出射され
た光ビームを反射させることが可能となる。また、不要
時には、前記待機位置に置くことにより、対応する光入
力路から出射された光ビームを妨げることがなくなる。
よって、切替え動作が正確となり、安定する。

【００２４】また、同じ理由により、前記ミラー駆動手
段は、複数の前記光反射ミラーをそれらの反射面の方向
に沿って移動できれば足りる。換言すれば、複数の前記
光反射ミラーは一方向（つまり前記第１方向と前記第２
方向とのなす角の二等分線に対して直交する方向）に移
動できれば足りる。前記ミラー駆動手段も、前記光反射
ミラーをその方向に移動できれば足りる。よって、前記
ミラー駆動手段と前記光反射ミラーの構成が簡単とな
る。しかも、前記ミラー駆動手段は、一つの光反射ミラ
ーに対して一つの電磁石と一つの磁性体を設ければ足り
るので、それら電磁石の制御用配線の数は過大にならな
い。その結果、前記光入力路と前記光出力路がそれぞれ
数百個のレベルにも対応できる。

【００２５】さらに、前記ミラー駆動手段は、前記光反
射ミラー・アレイを電磁気的に駆動するものであって、
静電的に駆動するものではないから、周囲の環境に影響
され難い。その結果、環境に対する動作の安定性も高く
なる。

【００２６】（３）本発明のクロスコネクト光スイッ
チの好ましい例では、複数の前記光反射ミラーの各々
が、一端が基台に固定された弾性支持体に取り付けられ
る。また、前記ミラー駆動手段が、前記光反射ミラーの
各々の近傍に固定された電磁石と、前記弾性支持体に取
り付けられた磁性体とを含む。前記電磁石に電流を供給
することにより、対応する前記光反射ミラーの前記磁性
体が磁化され、それによって生じる吸引力を利用して前
記光反射ミラーが前記待機位置と前記動作位置の間で変
位せしめられる。この例では、前記光反射ミラーと前記
ミラー駆動手段の構成が簡単になる、という利点があ
る。

【００２７】前記電磁石は、前記基台に対してほぼ平行
に配置された上基板に取り付けられているのが好まし
い。この場合、前記上基板は、可視光線が透過する材料
で作られているのが好ましい。光路の切替え状態を当該
光スイッチの外部から観察できるからである。

【００２８】前記電磁石は、対応する前記光入力路の延
長線に対して、対応する前記光反射ミラーとは反対側に
位置するのが好ましい。この例では、前記光反射ミラー
の反射面の角度を変えることなく、前記待機位置と前記
動作位置との間で変位させるだけで、必要時に限って対
応する光入力路から出射された光ビームを反射させ、不
要時にはその光ビームを妨げないようにすることが容易
になる。

【００２９】本発明のクロスコネクト光スイッチの他の
好ましい例では、前記光反射ミラーの前記待機位置と、
対応する前記光入力路の延長線と前記光出力路の延長線
の交点とが、前記第１方向と前記第２方向とのなす角の
二等分線に対して直交する方向に反射面の距離Ａだけ離
れており、前記待機位置と前記動作位置とは、前記第１
方向と前記第２方向とのなす角の二等分線に対して直交
する方向に距離Ａより大きい距離Ｂだけ離れて設定され
る。この例では、前記光反射ミラーが不要なときは、前
記待機位置に待機させておけば、対応する光入力路から
出射された光ビームの妨げにならず、他方、前記光反射
ミラーが必要なときは、前記動作位置に移動させること
により、対応する前記光入力路から出射された光ビーム
を確実に反射して、所望の前記光出力路に送ることが可
能となる。

【００３０】本発明のクロスコネクト光スイッチのさら
に他の好ましい例では、前記光入力路アレイの前記出力
端と前記光出力路アレイの前記入力端の各々の近傍に、
光学レンズが配置される。そして、それら光学レンズの
各々の一方の焦点は、前記出力端または前記入力端にほ
ぼ合致せしめられ、他方の焦点は、対応する前記光入力
路または前記光出力路の延長線上で最も遠い位置にある
前記光反射ミラーにほぼ合致せしめられる。この例で
は、対応する前記光入力路または前記光出力路の延長線
上で最も遠い位置にある前記光反射ミラーの反射面で、
対応する前記光入力路から出射された光ビームを反射さ
せる際に、光損失を小さくできる利点がある。

【００３１】本発明のクロスコネクト光スイッチのさら
に他の好ましい例では、前記光反射ミラーと前記電磁石
が、複数の前記光入力路の延長線と複数の前記光出力路
の延長線の全交点の対応して配置される。この場合、す
べての前記光入力路とすべての前記光出力路の間で光路
の切替えが行える利点がある。

【００３２】好ましくは、前記磁性体の残留磁化を利用
して、前記光反射ミラーが前記待機位置または前記動作
位置に保持される。この場合、前記光反射ミラーが前記
待機位置または前記動作位置に保持されるように、所定
の時間間隔で前記電磁石に電流を間欠的に供給するのが
好ましい。こうすると、光路保持用の専用の回路、部品
等を使用せずに、切り替えた光路を長期間、安定して持
続できる利点がある。

【００３３】複数の前記光入力路の各々は、光ファイバ
または光導波路から形成されるのが好ましい。複数の前
記光出力路の各々も、光ファイバまたは光導波路から形
成されるのが好ましい。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施の形
態を添付図面を参照しながら具体的に説明する。

【００３５】図１〜図３は、本発明の一実施形態のクロ
スコネクト光スイッチの概略構成を示す。

【００３６】図１に示すように、このクロスコネクト光
スイッチは、正方形の剛性板からなる基台１４と、基台
１４の平坦な表面に固定された（Ｍ×Ｎ）個の光反射ミ
ラー１５と、基台１４の表面に平行な平面内でＸ方向に
配置されたＭ本の光ファイバ１０と、光ファイバ１０と
同じ平面内でＹ方向（Ｘ方向に直交する）に配置された
Ｎ本の光ファイバ１１とを備えている。ただし、Ｍ、Ｎ
はいずれも２以上の整数である。

【００３７】Ｍ本の光ファイバ１０は、基台１４の一辺
（図１では左辺）に沿って等間隔で平行に配置されてお
り、光入力路アレイを構成している。また、Ｎ本の光フ
ァイバ１１は、基台１４の他の一辺（図１では下辺）に
沿って等間隔で平行に配置されており、光入力路アレイ
と直交する光出力路アレイを構成している。

【００３８】光入力路アレイを構成する光ファイバ１０
の延長線、すなわち光ファイバ１０の出力端から出射さ
れる光ビームの光路２１と、光出力路アレイを構成する
光ファイバ１１の延長線、すなわち光ファイバ１１の入
力端に入射される光ビームの光路２２との交点は、（Ｍ
×Ｎ）個ある。光反射ミラー１５は、それら交点の各々
の近傍に配置されている。よって、光反射ミラー１５の
総数も（Ｍ×Ｎ）個である。

【００３９】光入力路アレイを構成する各光ファイバ１
０の出力端の近傍には、光学レンズ１６ａが配置されて
いる。そのレンズ１６ａの一方の焦点は、対応する光フ
ァイバ１０の出力端に合致しており、他方の焦点は、対
応する光路２１上の最も遠い位置にある光反射ミラー１
５の反射面に合致している。このため、対応する光入力
路アレイまたは光出力路アレイの延長線上で最も遠い位
置にある光反射ミラー１５の反射面で、光入力路アレイ
から出射された光ビームを反射させる際に、光損失を小
さくできる利点がある。

【００４０】同様に、光出力路アレイを構成する各光フ
ァイバ１１の出力端の近傍には、光学レンズ１６ｂが配
置されている。そのレンズ１６ｂの一方の焦点は、対応
する光ファイバ１１の入力端に合致しており、他方の焦
点は、対応する光路２２上の最も遠い位置にある光反射
ミラー１５の反射面に合致している。

【００４１】各光反射ミラー１５は、平坦な反射面を有
している。その反射面は、光入力路アレイを構成する光
ファイバ１０に繋がる光路２１（Ｘ方向）と、光出力路
アレイを構成する光ファイバ１１に繋がる光路２２（Ｙ
方向）とのなす角（ここでは直角）の二等分線Ｌに直交
する方向Ｄに設定されている。そして、その方向Ｄに沿
って変位可能である。

【００４２】基台１４の表面には、図２に示すように、
細長い弾性板からなる弾性支持体１８が固定されてい
る。弾性支持体１８は、光ファイバ１０の出力端から出
射される光ビームの光路２１と光ファイバ１１の入力端
に入射される光ビームの光路２２との交点の近傍にそれ
ぞれ配置されている。したがって、弾性支持体１８の総
数は（Ｍ×Ｎ）個である。図２に明瞭に示すように、各
弾性支持体１８はその下端を基台１４の表面に固定して
垂直に立てた「片持ち梁」のような形になっている。

【００４３】各光反射ミラー１５は、対応する弾性支持
体１８の上端部に取り付けられており、弾性支持体１８
の弾性変形に伴ってミラー１５の反射面に平行な方向Ｄ
に沿って変位する。弾性支持体１８の最上端には、さら
に磁性体２０の小片が取り付けられている。

【００４４】基台１４の上方には、図２と図３に示すよ
うに、上基板１７が基台１４に対して平行に設けられて
いる。上基板１７は、基台１４と同じ大きさの正方形で
あって、所定間隔をあけて基台１４に固定されている。
上基板１７は、ここでは、可視光線を透過するガラス板
である。光反射ミラー１５は、上基板１７と基台１４の
間の空間３０の内部に配置されている。この空間３０
は、光路の切替領域として使用される。

【００４５】上基板１７の下面には、複数の電磁石１９
が固定されている。電磁石１９は、光ファイバ１０の出
力端から出射される光ビームの光路２１と光ファイバ１
１の入力端に入射される光ビームの光路２２との交点の
近傍にそれぞれ配置されている。したがって、電磁石１
９の総数も（Ｍ×Ｎ）個である。換言すれば、電磁石１
９は、弾性支持体１８（すなわち光反射ミラー１５）と
一対一に対応している。電磁石１９は、対応する弾性支
持体１８の最上端の磁性体２０の近傍に位置しており、
光路２１に関して対応する弾性支持体１８の反対側にあ
る。

【００４６】光反射ミラー１５は、その反射面の角度を
Ｄ方向に保ちながら、「待機位置」と「動作位置」の間
でＤ方向に沿って変位する。すなわち、「待機位置」で
は、図５（ａ）に示すように、光反射ミラー１５と、光
ファイバ１０からＸ方向に出射される光ビームの光路２
１との距離（ずれ）はＡである。また、その光反射ミラ
ー１５と、対応する電磁石１９との距離は、距離Ｂであ
る。距離Ｂは距離Ａより大きい。「待機位置」では、光
反射ミラー１５は光ビームの光路２１から外れており、
したがって光ビームは光反射ミラー１５の近傍をそのま
ま通過できる。

【００４７】「動作位置」では、光反射ミラー１５は、
図５（ｂ）に示すように、「待機位置」から距離Ｂだけ
変位して電磁石１９に当接する。その結果、光反射ミラ
ー１５は光ビームの光路２１内に入るから、光ビームは
光反射ミラー１５の反射面で反射され、直角に曲げられ
てＹ方向に方向転換せしめられる。そして、対応する一
つの光ファイバ１１に入射する。こうして、信号光の経
路の切り替えが行われる。

【００４８】次に、以上の構成を持つ第１実施形態のク
ロスコネクト光スイッチの動作について説明する。

【００４９】各光反射ミラー１５は、対応する１本の光
ファイバ１０からＸ方向に出射された光ビームを対応す
る１本の光ファイバ１１に入射させる必要がない時は、
図５（ａ）の「待機位置」に保持される。この場合、光
ファイバ１０の出力端から切替領域３０内に出射された
光ビームは、光路２１を通って進み、その光反射ミラー
１５の近傍を通過することができる。他方、対応する光
ファイバ１０から出射される光ビームを対応する光ファ
イバ１１に入射させる時には、各光反射ミラー１５は、
図５（ｂ）の「動作位置」に変位せしめられる。この場
合、光ファイバ１０から切替領域３０に出射された光ビ
ームは、その光反射ミラー１５で反射してＹ方向に方向
変換される。そして、光路２２を通って対応する光ファ
イバ１１に入射する。こうして、光ビームの入射方向が
直角に変換されると共に、所望の光ファイバ１１に切り
替えられる。

【００５０】各光反射ミラー１５の「待機位置」と「動
作位置」の間の変位は、上基板１７に固定された電磁石
１９と、弾性支持体１８（つまり光反射ミラー１５）に
固定された磁性体２０を用いて、次のようにして実現さ
れる。

【００５１】ここでは、図１に示すように、光入力路ア
レイを構成する１番目の光ファイバ１０（１）から出射
される光ビームを、光出力路アレイを構成する２番目の
光ファイバ１１（２）に入射する場合について説明す
る。

【００５２】この場合、光ファイバ１０（１）の光路２
１に沿って配置されたＮ個の光反射ミラー１５のうち、
光路２１が光ファイバ１１（２）の光路２１と交差する
交差点の近傍にある光反射ミラー１５（すなわち弾性支
持体１８）のみを「動作位置」に変位させる。その他の
（Ｎ−１）個の光反射ミラー１５は、「待機位置」に保
持する必要がある。

【００５３】そこで、該当する光反射ミラー１５（すな
わち弾性支持体１８）に対応する電磁石１９に電流を供
給し、磁界を発生させる。すると、その光反射ミラー１
５の弾性支持体１８に固定された磁性体２０が磁化し、
その結果、電磁石１９と磁性体２０の間に吸引力が作用
する。電磁石１９は上基板１７に固定されているので、
弾性支持体１８が変形し、磁性体２０は電磁石１９に接
触する。こうして、光反射ミラー１５は図５（ａ）の
「待機位置」から図５（ｂ）の「動作位置」に変位す
る。

【００５４】この時の状態を図４のＢ−Ｈ曲線で説明す
ると、次のようになる。すなわち、電磁石１９に電流を
供給する前は、電磁石１９に印加される起磁力Ｈも電磁
石１９で発生する磁束密度Ｂもゼロである（原点Ｏ）。
次に、該当する電磁石１９に電流を供給し磁界を発生さ
せると、点Ｐ１に移動する。この状態では、光反射ミラ
ー１５の弾性支持体１８に固定された磁性体２０が磁化
し、それによって生じる吸引力で弾性支持体１８上の磁
性体２０が電磁石１９に接触せしめられる、つまり、光
反射ミラー１５が「待機位置」から「動作位置」に変位
する。

【００５５】こうして、光入力路アレイを構成する光フ
ァイバ１０（１）から出射される光ビームは、その光反
射ミラー１５で反射し、光出力路アレイを構成する光フ
ァイバ１１（２）に入射せしめられる。

【００５６】その後、電磁石１９に対する電流の供給を
停止すると、電磁石１９に印加される起磁力Ｈはゼロに
なり、点Ｐ２に移動する。この時、磁性体２０には残留
磁化が残るため、磁気的吸引力が残存し、光反射ミラー
１５は「動作位置」に保持される。

【００５７】光ファイバ１０（１）から出射される光ビ
ームを光ファイバ１１（２）に入射させる必要がなくな
ると、電磁石１９に対して逆向きの電流を供給する。す
ると、電磁石１９に印加される起磁力Ｈは大きさが同じ
で逆向きとなり、点Ｐ３に移動する。点Ｐ３では、磁性
体２０の残留磁化が消滅するために磁気的吸引力がなく
なり、その結果、弾性支持体１８の持つ弾性によって光
反射ミラー１５は「待機位置」に復帰する。

【００５８】再度、光反射ミラー１５を「待機位置」か
ら「動作位置」に変位する場合は、「待機位置」に復帰
させたのと同じ向きの電流を電磁石１９に供給する。す
ると、点Ｐ４に移動する。この状態では、光反射ミラー
１５の弾性支持体１８に固定された磁性体２０が先の場
合とは逆向きに磁化し、それによって生じる吸引力で弾
性支持体１８上の磁性体２０が電磁石１９に接触せしめ
られる、つまり、光反射ミラー１５が「待機位置」から
「動作位置」に変位する。

【００５９】こうして、光入力路アレイを構成する光フ
ァイバ１０（１）から出射される光ビームは、その光反
射ミラー１５で反射し、光出力路アレイを構成する光フ
ァイバ１１（２）に入射せしめられる。

【００６０】その後、電磁石１９に対する電流の供給を
停止すると、電磁石１９に印加される起磁力Ｈはゼロに
なり、点Ｐ５に移動する。この時、磁性体２０には残留
磁化が残るため、磁気的吸引力が残存し、光反射ミラー
１５は「動作位置」に保持される。

【００６１】光ファイバ１０（１）から出射される光ビ
ームを光ファイバ１１（２）に入射させる必要がなくな
ると、電磁石１９に対して逆向きの電流を供給する。す
ると、電磁石１９に印加される起磁力Ｈは大きさが同じ
で逆向きとなり、点Ｐ６に移動する。点Ｐ６では、磁性
体２０の残留磁化が消滅するために磁気的吸引力がなく
なり、その結果、弾性支持体１８の持つ弾性によって光
反射ミラー１５は「待機位置」に復帰する。

【００６２】図１に示すように、光入力路アレイを構成
するＪ番目の光ファイバ１０（Ｊ）から出射される光ビ
ームを、光出力路アレイを構成するＮ番目の光ファイバ
１１（Ｎ）に入射する場合も、上述したのとまったく同
じ方法で、該当する光反射ミラー１５を「待機位置」と
「動作位置」の間で変位させることができる。

【００６３】光反射ミラー１５を「待機位置」または
「動作位置」に長期間、保持する必要がある場合は、あ
る時間間隔で所望の電磁石１９に短時間、電流を供給す
るのが好ましい。こうすると、光反射ミラー１５による
経路の切替え状態を長期間、安定して持続することが可
能となる。

【００６４】以上説明したように、本発明の上記実施形
態のクロスコネクト光スイッチでは、光反射ミラー・ア
レイを構成する複数の光反射ミラー１５の各々が、光入
力路アレイの光ファイバ１０が延在するＸ方向と、光出
力路アレイの光ファイバ１１が延在するＹ方向とのなす
角の二等分線Ｌに対して直交する反射面を有している。
また、それら光反射ミラー１５は、それらの反射面に沿
って「待機位置」と「動作位置」の間で変位可能であ
る。このため、光反射ミラー１５の反射面の角度は常に
一定に保持され、その角度を保ちながら「待機位置」と
「動作位置」との間で光反射ミラー１５を変位させるだ
けで、必要時に「動作位置」に置くことにより、対応す
る光入力路アレイの光ファイバ１０から出射された光ビ
ームを反射させることが可能となる。また、不要時に
は、「待機位置」に置くことにより、対応する光入力路
アレイの光ファイバ１０から出射された光ビームを妨げ
ることがなくなる。よって、切替え動作が正確となり、
安定する。

【００６５】また、同じ理由により、ミラー駆動手段
は、複数の光反射ミラー１５をそれらの反射面の方向Ｄ
に沿って移動できれば足りる。換言すれば、複数の光反
射ミラー１５は一方向（つまりＸ方向とＹ方向とのなす
角の二等分線Ｌに対して直交する方向Ｄ）に移動できれ
ば足りる。ミラー駆動手段も、光反射ミラー１５をその
方向Ｄに移動できれば足りる。よって、ミラー駆動手段
と光反射ミラー１５の構成が簡単となる。しかも、ミラ
ー駆動手段は、一つの光反射ミラー１５に対して一つの
電磁石１９と一つの磁性体２０を設ければ足りるので、
それら電磁石１９の制御用配線の数は過大にならない。
その結果、光入力路と光出力路の数がそれぞれ数百個の
レベルにも対応できる。

【００６６】さらに、ミラー駆動手段は、光反射ミラー
１５のアレイを電磁気的に駆動するものであって、静電
的に駆動するものではないから、周囲の環境に影響され
難い。その結果、環境に対する動作の安定性も高くな
る。

【００６７】（確認試験）本発明の効果を確認するた
め、発明者は、上述した構成のクロスコネクト光スイッ
チを実際に製作し、以下のような試験を行った。

【００６８】光入力路アレイを構成する光ファイバ１０
（Ｘ方向）として、５００本のシングルモード光ファイ
バを使用し、光出力路アレイを構成する光ファイバ１１
（Ｙ方向）として、５００本のシングルモード光ファイ
バを使用した。基台１４をアルミニウム合金で形成し
た。５００本の前記シングルモード光ファイバをそのア
ルミニウム合金製の基台１４の一辺に２０００μｍピッ
チで配置し、基台１４の他の一辺に残りの５００本の前
記シングルモード光ファイバを２０００μｍピッチで配
置した。こうして、光入力路アレイに直交する光出力路
アレイを形成した。

【００６９】光入力路アレイを構成する光ファイバ１０
の出力端の近傍に、光学レンズ１６ａを配置し、それら
の一方の焦点を対応する光ファイバ１０の出力端に合致
させ、他方の焦点を対応する光路２１上の最も遠い位置
にある光反射ミラー１５の反射面に合致させた（その時
の焦点距離は９９９ｍｍ）。光出力路アレイを構成する
光ファイバ１１の出力端の近傍に、光学レンズ１６ｂを
配置し、それらの一方の焦点を対応する光ファイバ１１
の出力端に合致させ、他方の焦点を対応する光路２２上
の最も遠い位置にある光反射ミラー１５の反射面に合致
させた（その時の焦点距離は９９９ｍｍ）。

【００７０】弾性支持体１８は、幅１ｍｍ、厚さ０．３
ｍｍ、高さ１２ｍｍのアルミニウム製の薄板で作成し
た。そのアルミニウム製薄板の上端部において片面に鏡
面部を形成し、光反射ミラー１５とした。また、そのア
ルミニウム製薄板の最上端に、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金の
小片を固着し、磁性体１６とした。そしてそのアルミニ
ウム製薄板を垂直に立てた状態でその一端を基台１４の
表面に固定した。この時、弾性支持体１８つまりアルミ
ニウム製薄板それ自体と、光反射ミラー１５の鏡面とが
共に方向Ｄに沿うようにした。

【００７１】電磁石１９は、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金のコ
アと、そのコアの周囲に巻かれたコイルとで構成した。

【００７２】光反射ミラー１５の「待機位置」と光路２
１とのずれを示す距離Ａは３０μｍとした。光反射ミラ
ー１５の移動量Ｂ、すなわち「待機位置」と「動作位
置」との距離Ｂは５０μｍとした。電磁石１９と磁性体
２０の間に作用する磁気吸引力は、０．５ｇより大きく
なるように設定した。

【００７３】その結果、電磁石１９に所定の電流を供給
することにより、各光反射ミラー１５を「待機位置」と
「動作位置」の間で変位させることができ、また、上述
したような光路の切替え動作が実現できることが確認さ
れた。

【００７４】その後、２時間間隔で電磁石１９に電流を
１０ｍｓｅｃの間、供給したところ、電流の供給が停止
されている時も光反射ミラー１５を所望の位置、すなわ
ち「待機位置」または「動作位置」に保持することがで
きた。また、その状態を１０００時間にわたって安定し
て保持できることが確認された。

【００７５】このときの光路切替え速度は１０ｍｓｅ
ｃ、消光比は５０ｄＢ以上、クロストークは５０ｄＢ以
下、挿入光損失は７ｄＢ以下であった。

【００７６】したがって、入力路×出力路が５００個×
５００個のクロスコネクト光スイッチが実現できること
が確認された。

【００７７】（変形例）本発明は、上記実施形態に限定
されないことはもちろんである。例えば、上記実施形態
では正方形の基台１４を使用しているが、他の形、例え
ば菱形としてもよい。また、上記実施形態では、基台１
４、弾性支持体１８、光反射ミラー１５をいずれもアル
ミニウム合金で形成しているが、これには限定されな
い。鏡面加工が可能な銅合金を使用しても良いし、光反
射ミラー１５に金メッキを施してもよい。また、弾性支
持体１８も板状に限定されない。光反射ミラー１５を支
持して「待機位置」と「動作位置」の間で変位させるこ
とができればよい。

【００７８】さらに、上記実施形態では、光入力路アレ
イを構成する光ファイバ１０と光出力路アレイを構成す
る光ファイバ１１とが直交しているが、本発明はこれに
限定されない。光入力路アレイの延在する方向と光出力
路アレイの延在する方向とがゼロでない一定の角度をな
しており、その角度の二等分線Ｌに対して直交して光反
射ミラー１５の反射面が配置されていれば足りる。

【００７９】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明のクロスコネ
クト光スイッチによれば、光入力路と光出力路がそれぞ
れ数百個のレベルに対応できる、構成が簡単であると共
に動作が正確且つ安定である、さらに、周囲の環境に影
響され難く環境に対する動作の安定性が高い、という効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態のクロスコネクト光スイ
ッチの構成を示す平面図であり、上基板が省略されてい
る。

【図２】本発明の第１実施形態のクロスコネクト光スイ
ッチの構成を示す、光反射ミラーの反射面に沿った部分
概略断面図である。

【図３】本発明の第１実施形態のクロスコネクト光スイ
ッチの構成を示す平面図である。

【図４】本発明の第１実施形態のクロスコネクト光スイ
ッチにおいて、電磁石に印加された起磁力Ｈに対する磁
束密度Ｂの変化を示す概略特性図である。

【図５】本発明の第１実施形態のクロスコネクト光スイ
ッチにおいて、電磁石と磁性体によって光反射ミラーが
待機位置と動作位置の間で変位する様子を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１０光入力路アレイを構成する光ファイバ１１光出力路アレイを構成する光ファイバ１４基台１５光反射ミラー１６ａ、１６ｂ光学レンズ１７上基板１８支持部材１９電磁石２０磁性体２１光入力路アレイから出射される光ビームの光路２２光出力路アレイに入射される光ビームの光路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１方向に沿って配列された複数の光入
力路からなる光入力路アレイと、前記第１方向とは異なる第２方向に沿って配列された複
数の光出力路からなる光出力路アレイと、前記光入力路アレイの出力端と前記光出力路アレイの入
力端との間に形成された切替領域と、前記切替領域内に配置された複数の光反射ミラーからな
る光反射ミラー・アレイと、前記光反射ミラー・アレイを電磁気的に駆動するミラー
駆動手段とを備えたクロスコネクト光スイッチにおい
て、前記光反射ミラー・アレイを構成する前記光反射ミラー
の各々は、前記第１方向と前記第２方向とのなす角の二
等分線に対して直交する反射面を有していると共に、そ
の反射面に沿って待機位置と動作位置の間で変位可能に
支持されており、前記光入力路アレイから出射された光ビームは、前記動
作位置では対応する前記光反射ミラーにより反射されて
前記光出力路アレイに送られ、前記待機位置では対応す
る前記光反射ミラーの近傍を通過することを特徴とする
クロスコネクト光スイッチ。
【請求項２】複数の前記光反射ミラーの各々が、一端
が基台に固定された弾性支持体に取り付けられていると
共に、前記ミラー駆動手段が、前記光反射ミラーの各々
の近傍に固定された電磁石と、前記弾性支持体に取り付
けられた磁性体とを含んでおり、前記電磁石に電流を供給することにより、対応する前記
光反射ミラーの前記磁性体が磁化され、それによって生
じる吸引力を利用して前記光反射ミラーが前記待機位置
と前記動作位置の間で変位せしめられる請求項１に記載
のクロスコネクト光スイッチ。
【請求項３】前記電磁石が、前記基台に対してほぼ平
行に配置された上基板に取り付けられている請求項１ま
たは２に記載のクロスコネクト光スイッチ。
【請求項４】前記上基板が、可視光線が透過する材料
で作られている請求項３に記載のクロスコネクト光スイ
ッチ。
【請求項５】前記電磁石が、対応する前記光入力路の
延長線に対して、対応する前記光反射ミラーとは反対側
に位置している請求項１〜４のいずれか１項に記載のク
ロスコネクト光スイッチ。
【請求項６】前記光反射ミラーの前記待機位置と、対
応する前記光入力路の延長線と前記光出力路の延長線の
交点とが、前記第１方向と前記第２方向とのなす角の二
等分線に対して直交する方向に反射面の距離Ａだけ離れ
ており、前記待機位置と前記動作位置とは、前記第１方向と前記
第２方向とのなす角の二等分線に対して直交する方向に
距離Ａより大きい距離Ｂだけ離れて設定されている請求
項１〜５のいずれか１項に記載のクロスコネクト光スイ
ッチ。
【請求項７】前記光入力路アレイの前記出力端と前記
光出力路アレイの前記入力端の各々の近傍に、光学レン
ズが配置されており、それら光学レンズの各々の一方の
焦点は、前記出力端または前記入力端にほぼ合致せしめ
られ、他方の焦点は、対応する前記光入力路または前記
光出力路の延長線上で最も遠い位置にある前記光反射ミ
ラーにほぼ合致せしめられている請求項１〜６のいずれ
か１項に記載のクロスコネクト光スイッチ。
【請求項８】前記光反射ミラーと前記電磁石が、複数
の前記光入力路の延長線と複数の前記光出力路の延長線
の全交点の対応して配置されている請求項１〜７のいず
れか１項に記載のクロスコネクト光スイッチ。